A2 Parkinson (basal ganglia circuit, dopaminergic loss)

Topic

The cortico-basal ganglia-thalamo-cortical circuit normally regulates voluntary movement thanks to the continuous supply of dopamine received by its striatal nuclei. Within this circuit, dopaminergic neurons in the substantia nigra produce this dopamine; in Parkinson's disease, these neurons progressively degenerate, thereby reducing the availability of striatal dopamine. The less striatal dopamine reaching the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical circuit, the greater the imbalance between the two pathways traversing it.

Of the two pathways within the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical circuit, the direct pathway facilitates movement via a family of dopamine receptors that respond to striatal dopamine, whereas the indirect pathway inhibits movement via a different family of dopamine receptors. When striatal dopamine is scarce, the direct pathway loses the stimulus that maintains its activity and facilitates movement less effectively, while the indirect pathway remains relatively more active and exerts greater inhibition on movement; this imbalance between the direct and indirect pathways ultimately shifts the output of the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical circuit toward inhibition.

This output from the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical circuit originates in the internal globus pallidus, the activity of which is determined by the balance between the direct and indirect pathways: when the indirect pathway dominates the direct pathway, the internal globus pallidus increases its inhibition of the thalamus, and this heightened inhibition reduces the motor facilitation that the thalamus normally contributes to the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical circuit. Este mismo desequilibrio entre la vía directa y la vía indirecta favorece, además, la aparición de oscilaciones patológicas en el rango de frecuencia beta dentro del circuito cortico-ganglios basales-tálamo-cortical, modeladas con el mismo marco de osciladores acoplados usado para describir la sincronización de otras redes neuronales. Cuanto más desequilibradas están la vía directa y la vía indirecta, mayor es la potencia de estas oscilaciones en el rango beta, y esa potencia se correlaciona clínicamente con el grado de bradicinesia, es decir, con cuánto se enlentece el movimiento.

En conjunto, la degeneración progresiva de las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra explica por qué el circuito cortico-ganglios basales-tálamo-cortical termina produciendo tanto la pérdida de facilitación motora por el aumento de inhibición del globo pálido interno sobre el tálamo como el aumento de la potencia de las oscilaciones en el rango beta: ambos efectos nacen del mismo desequilibrio entre la vía directa y la vía indirecta, y ambos se traducen clínicamente en la lentitud de movimiento que caracteriza a la enfermedad de Parkinson. Cuanto más avanza la degeneración de las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra, menos dopamina estriatal llega al circuito cortico-ganglios basales-tálamo-cortical, y más se agravan tanto la inhibición del tálamo como la potencia de las oscilaciones en el rango beta, con lo que la bradicinesia del paciente se hace más pronunciada.

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