Ganglios basales: estructura, vías y enfermedades

Los ganglios basales forman parte de las estructuras subcorticales, que tienen múltiples conexiones con la corteza cerebral, completando el circuito con los núcleos talámicos. Principalmente, se asocian con procesos motores, aunque, dadas sus conexiones con la corteza, también se relacionan con otras funciones.

Contenidos relacionados:

Estructura de los ganglios basales

Los ganglios basales están compuestos por cuatro núcleos –agrupaciones de cuerpos neuronales– ubicados en la región subcortical, los cuales se denominan (Avila-Luna, Bueno-Nava, 2014; Ospina-García, et al., 2017):

Globo pálido: se encuentra separado en el segmento interno -GPi- y en el segmento externo -GPe-. El GPi se encuentra encapsulado por la cápsula interna y recibe aferencias del núcleo estriado, el GPe y del núcleo subtalámico. Por su parte, el GPe tiene aferencias similares, pero eferencias dirigidas únicamente a los ganglios basales.
Núcleo subtalámico: Recibe aferencias de la sustancia negra, la corteza cerebral, el globo pálido y el tálamo.
Núcleo estriado: Es la estructura de mayor tamaño en los ganglios basales. Constituye el núcleo aferente más importante, pues recibe múltiples conexiones de la corteza, el tallo y el tálamo. Se divide en un área dorsal y una ventral; mientras la parte dorsal hace parte de los ganglios básales, la zona ventral tiene funciones límbicas y se le conoce como núcleo accumbens.
Sustancia negra: se divide en un área dorsal o sustancia negra pars compacta, y un área ventral o sustancia negra pars reticulata. En la sustancia negra pars compacta se encuentran neuronas dopaminergicas que se conectan al núcleo estriado. Por su parte, la sustancia gris pars reticulata recibe aferencias por la vía estriadonigral del núcleo estriado, y proyecta axones al tálamo.

Las neuronas de los ganglios basales

Las principales neuronas que conforman los ganglios basales son las neuronas espinosas de tamaño mediano –NEMs-, las cuales son dependientes del GABA. Asimismo, los axones de estas neuronas se dirigen a los núcleos de salida de los ganglios basales a través de una vía directa e indirecta (Avila-Luna, Bueno-Nava, 2014).

Las neuronas espinosas de tamaño mediano tienen dos niveles de excitabilidad (Avila-Luna, Bueno-Nava, 2014):

En el estado hiperpolarizado presentan un nivel de excitabilidad reducida. En este estado se encuentra a -84mV.
En el estado de despolarización, el potencial de membrana se acerca a un umbral en el que puede alcanzar el potencial de acción, -54 mV, de modo que se considera un estado de excitabilidad aumentado, debido a señales excitatorias de las vías corticoestriales.

Neurotransmisores relacionados con el funcionamiento de los ganglios basales

En general, se puede afirmar que existen nucleos inhibidores y excitadores, función que depende de los neurotransmisores utilizados. Los principales neurotransmisores involucrados en el funcionamiento de los ganglios basales son (Ospina-García, et al., 2017):

Glutamato: cumple con una función principalmente excitatoria en el núcleo subtalámico.
Dopamina: su función está determinada por el tipo de receptor al que se una. Se encuentra en la sustancia negra pars compacta y en el área tegmental ventral.
GABA o ácido gamma-aminobutírico: finalmente, este neurotransmisor cumple una función inhibitoria en el núcleo estriado, el globo pálido interno, el globo pálido externo y la sustancia negra porción reticulada.

Modelo funcional tradicional

Según este modelo, formulado entre los ochenta y noventa, el funcionamiento de los ganglios basales se presenta en dos vías, una directa y una indirecta. Para esto, se clasifican los núcleos de la siguiente forma (Ospina-García, et al., 2017):

Núcleo de entrada -núcleo estriado-: Recibe aferencias excitatorias –glutamato– de las áreas motoras, la corteza somatosensorial y los campos oculares frontales. Las neuronas espinosas de tamaño mediano reciben dicha información y la envían a los núcleos de salida y núcleos intrínsecos a través de GABA.
Núcleo de salida -GPs y SNr-: Envían información al tálamo
Núcleos intrínsecos -GPe y NST-: cumplen la función de ser zonas intermedias en los núcleos mencionados con anterioridad.

Aunque este modelo representa un funcionamiento muy simplificado de los ganglios basales, ha sido fundamental para la comprensión de trastornos del movimiento, incluida la enfermedad de Parkinson.

La vía directa

Cuando se planea una acción motora de manera voluntaria, desde la corteza se envía la información correspondiente al movimiento deseado, hacia el núcleo estriado. Las neuronas espinosas de tamaño mediano pertenecientes a la vía directa inhiben al globo pálido interno y a la sustancia negra pars reticulata, cuya función era inhibir al tálamo. Finalmente, al permitir la activación del tálamo, se estimula la corteza, lo que facilita la ejecución del movimiento por medio de la tracto cortico espinal (Ospina-García, et al., 2017).

La vía indirecta

En esta vía, las neuronas espinosas de tamaño mediando, envían señales inhibitorias al globo pálido externo, el cual está cumpliendo una función de inhibición tónica al núcleo subtalámico. Cuando este último es liberado de la inhibición, envía señales excitatorias al globo pálido interno y a la sustancia negra pars reticular, incrementando la inhibición sobre el tálamo. De esta forma, se inhiben movimientos antagónicos al deseado (Ospina-García, et al., 2017):

La vía hiperdirecta

Adicionalmente, hacia el comienzo de milenio, se descubrió una tercera vía, denominada vía hiperdirecta. De acuerdo con los investigadores, por medio de esta vía, la información llega directamente al núcleo subtalámico -sin necesidad de pasar por el núcleo estriado-. Como resultado, se presenta una activación rápida del globo pálido interno y la sustancia negra pars reticular, generando una inhibición motora.

Ganglios basales y la regulación de las conductas motoras

Los ganglios basales están involucrados con la selección y ejecución de conductas motoras, las cuales se dividen en dos (Ospina-García, et al., 2017):

Respuesta motora orientada a una meta: implica un procesamiento consciente, con una importante demanda atencional, las cuales tienen relación con objetivos, toma de decisiones y planeación. Están mediadas por un circuito asociativo, el cual comprende la corteza prefrontal, de donde se conecta con el núcleo estriado, atraviesa el núcleo subtalámico y el tálamo.
Respuesta motora habitual: son conductas automáticas, que implican un comportamiento en paralelo, rápido e implícito. El circuito encargado tiene un carácter sensoriomotor, el cual tiene un área específica en la corteza y se conecta con el núcleo estriado, atravesando el nucleo subtalámico, y el tálamo, para regresar a la corteza.

Ganglios basales y enfermedad de Parkinson

Esta es quizás la enfermedad más conocida relacionada con una alteración en el funcionamiento de los ganglios basales. Se asocia con una disminución en la trasmisión de dopamina, acetilcolina, serotonina y noradrenalina, y un incremento en la adenosina. Dentro de las áreas afectadas se encuentra una pérdida de las neuronas dopáminérgicas en la sustancia negra, alteración en la vía negroestriada, y en los circuitos sensoriomotor, límbico y asociativo. Adicionalmente, se presenta una alteración en la vía directa e indirecta. Dentro de sus principales síntomas se encuentran. (Ospina-García, et al., 2017):

Síntomas conductuales y psiquiátricos: Depresión, síndromes disejecutivos, apatía, ansiedad, alteración en la memoria de trabajo, pobre inhibición conductual.
Síntomas motores: Rigidez, temblor en reposo, bradicinesia, alteración en la marcha y la postura.

Ganglios basales y enfermedad de Huntington

Esta enfermedad se caracteriza por la muerte neuronal en el putamen, el núcleo caudado, la corteza prefrontal, el giro del cíngulo y la amígdala. Adicionalmente, se presenta una alteración en la vía indirecta en los ganglios basales, lo cual afecta su función inhibitoria. Finalmente, se alteran los circuitos frontoestrial y orbitofrontal medial. Con respecto a los neurotransmisores, se presenta una disminución en la transmisión de GABA, encefalina, sustancia P, y glutamato, y un incremento en dopamina. Dentro de sus principales síntomas se encuentran (Ospina-García, et al., 2017):

Síntomas conductuales y psiquiátricos: Irritabilidad, depresión, apatía, psicosis, síndromes disejecutivos, impulsividad, disforia, ansiedad, mania y apatía.
Síntomas motores: Coreas, distonía, tics, rigidez y bradiscinesia.

Ganglios basales y la Distonía Primaria Generalizada

Finalmente, en el caso de la distonía primaria generalizada, se presenta una pérdida en la inhibición intracortical y un aumento en la plasticidad cerebral. Además, se altera la integración sensoriomotora y falla la capacidad de inhibición. La vía directa presenta un exceso de actividad, mientras que decrece en la vía indirecta, en el globo pálido y el núcleo subtalámico. Asimismo, en la corteza prefrontal se presenta una sobreactividad durante el movimiento. Adicionalmente, en este caso se presenta una disminución en la transmisión de GABA y acetilcolina, y un incremento en la dopamina. Dentro de sus principales síntomas se encuentran. (Ospina-García, et al., 2017):

Síntomas conductuales y psiquiátricos: depresión, ansiedad e impulsividad.
Síntomas motores: distonía.

Referencias:

Avila-Luna, A., y Bueno-Nava, A. (2014). Los ganglios basales: la participación dopaminérgica estriatal. Investigación en discapacidad, 3 (1), 19-24. Recuperado de: www.medigraphic.com
Ospina-García, et al. (2017). Ganglios basales y conducta. Revista mexicana de neurociencia, 18 (6), 74-86. Recuperado de: www.medigraphic.com