摘要：本篇根据基底环路的工作原理，分析各个核团损伤时如何引起相应的运动障碍，尤其是重点分析黑质病变时如何导致帕金森病的各种症状。
一、基底神经环路不同核团损伤与对应的运动障碍。根据前面各篇文章所分析和描述的基底环路及其各个核团的构成和工作机制，基底环路的作用在于对运动进行过程控制，其中“皮质→纹体→苍白球→丘脑→皮质”构成主环路，用于对运动信息进行整合处理，将皮质输入的并行运动信息整合为“放行”和“制动”的串行控制输出。“底丘脑←→被盖网状核”构成激励脉冲形成环路，通过脚桥被盖网状核接受多种传入信号的调制，通过底丘脑核对苍白球等核团进行激励和调制，并控制主环路的活动节律和状态。“纹体←→黑质”环路（可能还有“苍白球←→黑质”环路）构成主动肌控制通道和拮抗肌控制通道的互抑环路，用于对两个神经通道产生互相抑制的作用，以协调运动的正常进行，并在运动需要减速或制动、或需要改变运动方向时，协调主动肌和拮抗肌进行相互切换，来实现对运动动作的减速或制动“刹车”。
根据这些工作机制，容易解释当基底环路某个核团出现损伤时，会导致机体出现什么异常的运动情况。而这种合乎道理的解释，反过来也对上述提出的基底环路的工作机制形成支持。
当然，由于中枢神经是一个复杂的网络，各部分的神经元之间又彼此互相投射和互相影响，所以，导致基底环路某核团受损的因素，还有受损的核团与大脑其他部位的相互投射关系，也必然会对其他部位的神经活动产生影响，从而产生其他更复杂的非运动症状，包括认知、情绪、睡眠方面的异常。
图8—1.基底神经环路各个核团的神经投射关系图。
图8—2.基底环路一组关联控制主动肌和拮抗肌的神经通道的神经投射图。
下面参照图8—1和图8—2，解释当基底环路某个核团出现损伤时，导致的异常运动情况：
1、纹体损伤与亨廷顿舞蹈病（HD）。亨廷顿舞蹈病又称慢性进行性舞蹈病，一种成年才出现的遗传病，以不自主的舞蹈样动作为主要特征。其病理学变化是纹体（尾状核和壳核）发生进行性病变以至萎缩，后期患者的纹体投射到苍白球和黑质的神经元丧失，而黑质多巴胺神经可以正常存在。
按照前面所描述的基底环路的控制机制，如果纹体向苍白球外侧份投射的神经元受损，便相当于基底神经这一过程控制的环路被切断，那么不管皮质是否存在对纹体的运动输出，纹体的GABA神经都未能对苍白球进行抑制输出，苍白球外侧份一直处于高节律发放状态，而苍白球内侧份受到强抑制而一直处于低节律发放状态，其输出失去对“丘脑→皮质”上行通道的“制动”控制，而一直处于“放行”状态。所以，一旦运动皮质受到某种兴奋而出现运动信号输出，（无意识的反射动作，或偶然想象要做什么），便会不受抑制而持续输出，导致机体出现不受控的舞蹈样动作，也即亨廷顿病的运动特征。由于纹体受损的位置和程度有所不同，产生异常运动的骨骼肌和幅度也会有所不同。另外，在治疗帕金森病人时，如果给予过量的促进多巴胺效应的药物，导致黑质多巴胺对纹体的抑制作用过强，相当于严重削弱了纹体GABA神经对苍白球外侧份的抑制输出，也可导致出现类似的舞蹈样运动动作，其道理是一样的。
关于粗大动作和舞蹈样动作的形成：正常人在完成一个动作时，需要主动肌和拮抗肌的良好配合。在进行一个直线运动的动作时，比如A通道控制骨骼肌A作为主动肌进行收缩，B通道控制的骨骼肌B放松，这时在纹体向苍白球外侧份输出的两个通道，A通道间隔性的发放输出运动信号使该通道不断进行“放行”和“制动”动作，而B通道被抑制而没有信号输出；最终是A通道神经活动活跃并激励皮质不断输出受控的运动信号，驱动骨骼肌A不断收缩，而B通道受抑制而没有运动输出，骨骼肌B处于放松状态，于是产生直线运动。而在动作的末端要停止运动，纹体需要对两个通道的输出状态进行快速频繁的切换，使两个通道产生交替且快速的间隔性输出，控制主动肌和拮抗肌进行快速和频繁切换来形成平稳制动。
当纹体完全损伤时，纹体的两个输出通道都没有输出，两个通道的苍白球对丘脑上行信号都没有控制，在动作的启动和进行时倒是不会造成影响，可是，在动作需要停止时，这时纹体无法对两个通道进行输出切换，两个通道也没能产生交替输出“放行”和“制动”信号，所以运动不受控制而一直进行，直至骨骼阻挡或拮抗肌受到过度牵拉产生对抗反射。
而如果在动作中途需要改变运动方向，比如需要手臂做圆弧动作时，这需要手臂在切线方向逐渐减速，同时在向心方向开始收缩，也即在切线方向主动肌逐渐放松而拮抗肌逐渐收缩，而在向心方向主动肌收缩而拮抗肌放松。而如果纹体受损，便会导致切线方向无法逐渐减速而使动作从圆弧变成大弧线，出现大幅度的扭曲动作，也即舞蹈样动作。
2、底丘脑损伤与半身舞蹈病。底丘脑可由于脑外伤或高血压病的血管出血而受损，根据底丘脑的工作及整个基底环路的控制机制，当底丘脑受损时，失去对苍白球等核团的兴奋性激励信号，苍白球内侧份的神经活动和输出很弱，其输出失去对“丘脑→皮质”上行通道的抑制，其结果同样是导致失去对运动皮质的控制和“制动”作用，机体同样会出现舞蹈样动作的不自主运动。而且，由于这种情况是苍白球内侧份失去兴奋激励，这导致其神经活动很弱，所输出的抑制作用更弱，所以机体的不受控动作会更加强烈，幅度更大，类似投掷动作。由于底丘脑受损常常是单侧的，所以影响的常是对侧肢体的异常运动，对侧肢体出现不受控的、连续的、猛烈的肢体舞蹈样或投掷样动作，也即半身舞蹈症（hemiballism）。
3、苍白球损伤。由于苍白球外侧份和内侧份在环路中的作用不同，两者的损伤具有不同的表现，而且损伤的位置和范围不同也会引起不同变化。当内侧份完全损伤时，基底环路失去对“丘脑→皮质”上行通道的抑制，同样会产生不自主运动，其机制跟底丘脑损伤是类似的。当苍白球外侧份完全损伤（假设内侧份不损伤）时，则外侧份会完全失去对内侧份的抑制，导致内侧份高节律发放，其输出对“丘脑→皮质”的上行通道形成强抑制，这会影响皮质运动神经的活动，可能会直接导致机体不容易发动动作，运动过程也会显得缓慢和困难。如果苍白球外侧份是部分损伤，由于外侧份处于运动信号整合主环路的中间环节，其部分损伤可能会对各组骨骼肌（主动肌和拮抗肌）的神经通道都产生不同程度影响，所以对运动控制的影响会显得很复杂，整体会导致一些主动肌和拮抗肌的收缩异常，比如过度抑制其中部分本来不该抑制（主动肌相关）的运动神经，使动作进行时主动肌受抑制而导致动作延缓。
4、纹状体损伤与运动记忆异常。根据“基底神经环路（二）——纹体及两条并列的神经环路”一文，纹状体的一个重要作用是整合“有意识动作”和“无意识动作”，使由思维系统“有意识”发动的一组（多个）依次执行的运动动作组合，整合为能够“无意识”执行的程序化动作，并通过突触可塑性在纹状体中形成长时程记忆。之后，如果该程序化动作继续被多次训练或执行，便会在皮质上形成更直接的皮质通道来记忆这一程序化动作，于是该程序化动作从纹状记忆转化为皮质记忆。显然，当纹体被损伤时，便无法将一组新的运动动作组合形成新的程序化动作并记忆下来，也即无法形成新的程序性记忆。而且之前形成的程序化记忆会出现逆时的分层丢失，也即近期形成的仍保存在纹状体上的记忆会丢失，而早期的已经在皮质上形成的记忆不会丢失。（这一点跟海马摘除后对陈述性记忆的影响类似）。
5、黑质损伤。黑质包括网状部和致密部。黑质网状部包含有一条经过顶盖向动眼神经副核的神经通道，涉及眼部肌肉的协调控制。当黑质网状部受损时，会出现不自主眨眼等眼部肌肉异常动作，这跟苍白球内侧份受损导致出现机体不自主运动的道理是类似的，只是由于眼部肌肉活动范围和幅度都受限制，所以只是表现出不自主眨眼。
黑质致密部主要涉及对主动肌和拮抗肌的协调控制，当致密部受损时，由于无法正常产生这一协调控制，将使主动肌和拮抗肌出现不协调的运动障碍，根据程度不同而产生肌肉疲劳、铅管样阻力、静止震颤、齿轮样运动等运动障碍，也即帕金森（Parkinson’sDisease，PD）症状，这将在下面做详细分析。
二、帕金森病。
根据前面对黑质的分析，黑质在基底环路中起到一个特殊的调制作用，对基底环路各组控制主动肌和拮抗肌的两个互相配合的神经通道产生互抑作用，在某一方向的主动肌产生收缩形成运动时，抑制相对方向的拮抗肌的运动输出，以配合主动肌的动作。而在运动末端需要减速和制动时，协调主动肌和拮抗肌进行相互切换，来实现对动作的制动“刹车”。而且在细节上，在底丘脑和苍白球相关环路提高发放节律的配合下，通过使两个通道进行频繁的快速的状态切换，使主动肌和拮抗肌通过短而快速的交替动作，以类似快速且频繁的“点刹车”的方式来进行减速或“制动”，使运动动作更加圆滑流畅并且定位准确。
当黑质致密部的多巴胺神经受损或病变时，其对纹体的抑制作用丧失或不足，无法实现对主动肌控制通道和拮抗肌控制通道的互相抑制作用，根据受损的不同程度，将出现不同的运动异常，包括：
⑴、静止时（非睡眠状态下），需要黑质对纹体保持一定程度的弱抑制，使纹体GABA神经只有很低节律的自发放活动而没有有效运动输出，这才能使整个通道的神经活动处在比较低的没有有效输出的状态，而如果黑质致密部受损，无法对纹体进行合适的抑制，会造成纹体神经出现较高节律的活动，产生运动输出。由于主动肌通道和拮抗肌通道存在交叉的互相抑制的环路，而现在这种互相抑制作用又不足，所以两个通道反馈和互抑的结果是使两个通道出现周期性的交替输出的运动信号，并对苍白球外侧份和黑质网状部进行输出。这一方面导致底丘脑—被盖网状核环路的激励脉冲发放节律升高，通过兴奋网状结构激励整个运动神经环路而产生运动输出信号，另一方面仍然是使苍白球内侧份产生簇状控制信号，对运动进行间隔性的“放行”和“制动”。其最终结果是运动皮质两个通道产生周期性的交替输出的运动信号，驱动相关骨骼肌产生周期性的交替进行的收缩与放松。如果黑质受损程度较小，这种交替输出的运动信号可能是节律较高而强度较小的，导致某些关联的主动肌和拮抗肌交替产生高频而小幅度的收缩动作，其结果是肌张力升高，即使没有机体运动仍会感到肌肉疲劳，而且对动作发动会有一定阻碍作用。如果黑质受损程度较大，则这种交替输出的运动信号会是节律较低而强度较大，结果便是导致4—6赫兹的低频静止震颤。
⑵、在运动过程中，这时主动肌通道出现强的运动信号，使主动肌克服肌张力异常而产生运动，但在第⑴点所述的黑质受损导致的异常动作仍然是叠加在运动中，并随着黑质受损的程度而不同：如果黑质受损较轻，运动过程拮抗肌只是高频和微小幅度的收缩，则运动不会受影响，但会出现异常的肌紧张，一样是导致肌肉容易疲劳和酸痛；当黑质受损进一步加重，则在运动中拮抗肌的异常收缩会幅度稍大，这导致运动会出现明显的阻力，因为主动肌和拮抗肌是相对的相互转换的，所以这种阻力在各个运动方向都存在的，也即“铅管样强直”（lead-piperigidity）；如果黑质受损严重，主动肌和拮抗肌产生交替输出的低节律和高强度的收缩动作，也即第⑴点所述的静止震颤，这种静止震颤叠加在运动中，便是“齿轮样强直”(cogwheelrigidity)。
⑶、在运动接近末端时，由于这时运动神经环路需要使主动肌和拮抗肌高节奏进行频繁的互相切换来产生“点刹车”，而黑质却无法对两组神经通道进行有效的互抑作用来实现互相切换，所以主动肌和拮抗肌更容易出现不协调的收缩动作，导致机体在运动末端或需要减速时，震颤现象更为明显。
⑷、在进行一个简单动作，尤其是进行一个动作记忆已经保存在运动皮质上的常用动作，由于不需要基底环路进行复杂的协调，所以帕金森病人可以较好完成。而在进行一种新的需要频繁调整运动方向的复杂动作时，由于运动过程需要基底环路对主动肌和拮抗肌进行频繁的调整和切换，而这时黑质无法对两组神经通道进行良好的互抑作用，所以导致病人更难以完成这些动作。
⑸、在睡眠状态下，由于广泛的中枢神经网络包括运动皮质向脊髓的运动都受到来自下丘脑的足够强的抑制，所以没有运动输出，也就没有震颤现象。
所以，帕金森病的本质是：由于黑质多巴胺神经受损，在基底神经环路中，黑质无法对控制主动肌和拮抗肌的两个相配合的神经通道发挥正常的互抑作用，导致主动肌与拮抗肌无法协调工作，出现多种肌张力异常的运动障碍。
目前用于治疗帕金森病、特发性震颤及其他肌张力异常症状的脑深部刺激术（deepbrainstimulation，DBS手术）虽然治疗机制不明，但大多选用苍白球内侧份或丘脑腹外侧核或底丘脑核为目标施加高频脉冲刺激，而根据前面的分析，这些核团正处于“皮质—纹状体”环路中的串行输出的“刹车”控制信号的输出节点，所以DBS手术的治疗机制实际便是通过对“皮质—纹状体”神经环路上的“刹车”控制信号输出节点的核团施加高频脉冲刺激，通过抑制这些核团的神经活动，从而抑制其输出的主动肌和拮抗肌交替进行的运动信号来抑制震颤动作。而采用底丘脑核进行高频脉冲刺激，则是通过抑制底丘脑核的兴奋性激励脉冲的发放，直接减弱该环路的神经活动和输出信号。
由于中枢神经是一个复杂的神经网络，各部分的神经元之间又彼此互相投射和互相影响，所以，导致黑质受损的因素，还有受损的黑质与其他神经元的相互投射关系，也必然会对其他部位的神经元产生影响，从而使帕金森病人出现其他复杂的非运动症状，包括认知、情绪、睡眠方面的异常。
——ST量子于/1/10
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