大脳基底核の微細構造（顕微鏡解剖）

🧠 直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）は「抑制の抑制」＝脱抑制disinhibition脱抑制（disinhibition）disinhibition（脱抑制）で運動を後押しし、間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）はそこにもう一段抑制を足して（視床下核subthalamic nucleus視床下核（subthalamic nucleus）subthalamic nucleus（視床下核）を介し）運動にブレーキをかける。 二重否定は肯定、三重否定は否定——GABA性抑制ニューロンの連鎖が偶数段か奇数段かだけで、直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）・間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）が視床VA/VLに与える正味の効果（興奮 or 抑制）を導出できる。黒質からのドパミンはD1受容体D1 receptorD1受容体（D1 receptor）D1 receptor（D1受容体）（直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路））を興奮させ、D2受容体（間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路））を抑制することで、常に運動を後押しする方向へバイアスbiasバイアス（bias）bias（バイアス）をかける。

大脳基底核を構成する核

大脳基底核は大脳皮質の下方、白質内に埋もれた核の集まりである。臨床的には不随意運動voluntary motor function (voluntary movement)随意運動（voluntary motor function (voluntary movement)）voluntary motor function (voluntary movement)（随意運動）の協調が最も重要な機能とされる。

主な構成核は以下の通り。

直接路と間接路の基本ロジック

直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）・間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）はいずれも「大脳皮質→線条体→（淡蒼球globus pallidus淡蒼球（globus pallidus）globus pallidus（淡蒼球）・視床下核subthalamic nucleus視床下核（subthalamic nucleus）subthalamic nucleus（視床下核）を経由）→視床VA/VL→大脳皮質」というGABA性抑制ニューロンの連鎖であり、連鎖の長さ（抑制段数の偶奇）が最終的にVA/VLを興奮させるか抑制するかを決める。

直接路— 運動の促進

• 興奮性ニューロン：視床のVA/VLから運動前野premotor cortex運動前野（premotor cortex）premotor cortex（運動前野）へ（グルタミン酸）
• 皮質線条体路corticostriatal pathway皮質線条体路（corticostriatal pathway）corticostriatal pathway（皮質線条体路）：運動前野premotor cortex運動前野（premotor cortex）premotor cortex（運動前野）から線条体（被殻putamen被殻（putamen）putamen（被殻）＋尾状核caudate nucleus尾状核（caudate nucleus）caudate nucleus（尾状核））へ（興奮性、グルタミン酸）
• 線条体の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）（GABA、コトランスミッターはサブスタンスPsubstance PサブスタンスP（substance P）substance P（サブスタンスP））がGPiへ投射する
• GPi内の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）がVA/VLへ投射し、回路を完結させる

運動を起こしたいとき、皮質からの（＋）入力が線条体へ伝わる。線条体は（−）入力をGPiへ送り、GPi内の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）を抑制する。その結果、GPiはVA/VLを抑制しなくなり、VA/VLは脱抑制disinhibition脱抑制（disinhibition）disinhibition（脱抑制）＝興奮される——これが運動の促進である。

💡 「抑制の抑制」＝脱抑制disinhibition脱抑制（disinhibition）disinhibition（脱抑制）。 GABA性ニューロンが2段（線条体→GPi→VA/VL）連なると、最初の抑制が2段目の抑制を打ち消し、結果としてVA/VLは興奮する。二重否定は肯定、という論理そのもの。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='premotor cortex'>運動前野</span>"] -->|"Glu（＋）"| B["線条体（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='putamen'>被殻</span>＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='caudate nucleus'>尾状核</span>）"]
  B -->|"GABA＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='substance P'>サブスタンスP</span>（−）"| C["GPi（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='globus pallidus'>淡蒼球</span><span class='jp-term jp-term-diagram' title='internal segment (GPi)'>内節</span>）"]
  C -->|"GABA（−）"| D["視床 VA/VL"]
  D -->|"Glu（＋）"| A

間接路— 運動の抑制

間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）には視床下核subthalamic nucleus視床下核（subthalamic nucleus）subthalamic nucleus（視床下核）（subthalamic nucleus, STN、ルイ体 nucleus of Luys）が新たに加わる。

• 線条体には2種類の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）があり、コトランスミッターで区別される
  • GPiへ向かうもの：コトランスミッターはサブスタンスPsubstance PサブスタンスP（substance P）substance P（サブスタンスP）（直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路））
  • GPeへ向かうもの：コトランスミッターはGABA＋エンケファリンenkephalinエンケファリン（enkephalin）enkephalin（エンケファリン）（間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路））
• GPe内の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）はSTNへ投射する
• 皮質が線条体の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）を興奮させると、これがGPe内の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）を抑制する→STNが脱抑制disinhibition脱抑制（disinhibition）disinhibition（脱抑制）＝興奮される
• STN内の興奮性ニューロン（グルタミン酸）はGPiへ投射し、GPi内の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）を興奮させる

一連の流れは次の4段階でまとめられる。

1. 皮質の興奮が線条体へ伝わる
2. 線条体の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）がGPeの抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）を抑制→STNの興奮性ニューロンが興奮
3. STNの興奮がGPiへ伝わり、GPi内の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）を興奮させる
4. GPiがVA/VLをより強く抑制→VA/VLから皮質への信号が減弱→運動前野premotor cortex運動前野（premotor cortex）premotor cortex（運動前野）を興奮させられない→運動が抑制される

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='premotor cortex'>運動前野</span>"] -->|"Glu（＋）"| B["線条体（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='putamen'>被殻</span>＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='caudate nucleus'>尾状核</span>）"]
  B -->|"GABA＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='enkephalin'>エンケファリン</span>（−）"| C["GPe（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='globus pallidus'>淡蒼球</span><span class='jp-term jp-term-diagram' title='external segment (GPe)'>外節</span>）"]
  C -->|"GABA（−）"| D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='STN'>視床下核</span>"]
  D -->|"Glu（＋）"| E["GPi（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='globus pallidus'>淡蒼球</span><span class='jp-term jp-term-diagram' title='internal segment (GPi)'>内節</span>）"]
  E -->|"GABA（−）"| F["視床 VA/VL"]
  F -.->|"興奮が減弱"| A

直接路・間接路の比較

⭐ 直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）と間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）は同時に働く。 両経路が並行して活動することで、ある運動課題に必要な過不足のない運動量momentum運動量（momentum）momentum（運動量）が精密に調整される。

黒質線条体路とドパミン受容体

黒質は中脳被蓋midbrain tegmentum中脳被蓋（midbrain tegmentum）midbrain tegmentum（中脳被蓋）に位置し、ドパミンを産生するため神経メラニンneuromelanin神経メラニン（neuromelanin）neuromelanin（神経メラニン）を含む。

• 黒質のドパミン作動性ニューロンdopaminergic neuronsドパミン作動性ニューロン（dopaminergic neurons）dopaminergic neurons（ドパミン作動性ニューロン）は線条体へ投射し、直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）（GABA＋サブスタンスPsubstance PサブスタンスP（substance P）substance P（サブスタンスP））と間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）の抑制性ニューロンinhibitory neuron抑制性ニューロン（inhibitory neuron）inhibitory neuron（抑制性ニューロン）（GABA＋エンケファリンenkephalinエンケファリン（enkephalin）enkephalin（エンケファリン））の両方で終止する——これを黒質線条体路nigrostriatal pathway黒質線条体路（nigrostriatal pathway）nigrostriatal pathway（黒質線条体路）と呼ぶ
• GABA＋サブスタンスPsubstance PサブスタンスP（substance P）substance P（サブスタンスP）ニューロン（直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路））はD1受容体D1 receptorD1受容体（D1 receptor）D1 receptor（D1受容体）（D1-R）を発現し、GABA＋エンケファリンenkephalinエンケファリン（enkephalin）enkephalin（エンケファリン）ニューロン（間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路））はD2受容体（D2-R）を発現する
• ドパミンはD1-Rに対しては興奮性、D2-Rに対しては抑制性に働く
• 結果として、ドパミンは常に運動を促進する方向に作用する
  • D1-R（直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路））の興奮 → 直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）をさらに促進
  • D2-R（間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路））の抑制 → 間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）（抑制性の経路）を弱める → 相対的に直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）が優位になる

⚠️ パーキンソン病との関連。 黒質のドパミン作動性ニューロンdopaminergic neuronsドパミン作動性ニューロン（dopaminergic neurons）dopaminergic neurons（ドパミン作動性ニューロン）が変性すると、直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）の促進が弱まり間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）の抑制が強まる。この機序が後述するパーキンソン病の振戦・無動akinesia無動（akinesia）akinesia（無動）/寡動hypokinesia寡動（hypokinesia）hypokinesia（寡動）につながる。

錐体外路系のその他の構成要素

直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）・間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）を含むこれらの回路はすべて錐体外路系extrapyramidal system錐体外路系（extrapyramidal system）extrapyramidal system（錐体外路系）の一部である。錐体外路系extrapyramidal system錐体外路系（extrapyramidal system）extrapyramidal system（錐体外路系）にはさらに以下が加わる（詳細は錐体外路系extrapyramidal system錐体外路系（extrapyramidal system）extrapyramidal system（錐体外路系）で扱う）。

• 赤核red nucleus赤核（red nucleus）red nucleus（赤核）
• 小脳
• 脊髄（運動の実行器）
• 網様体

主な線維連絡を整理する。

• GPiからVA/VLへの経路（直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）の一部）＝レンズ核束lenticular fasciculusレンズ核束（lenticular fasciculus）lenticular fasciculus（レンズ核束）
• 黒質線条体路nigrostriatal pathway黒質線条体路（nigrostriatal pathway）nigrostriatal pathway（黒質線条体路）（ドパミン作動性）とは逆方向に、線条体から黒質への線条体黒質路striatonigral pathway線条体黒質路（striatonigral pathway）striatonigral pathway（線条体黒質路）があり、これは反回性のフィードバック経路でGABA作動性（抑制性）
• 大脳皮質の各部位each site (each region)各部位（each site (each region)）each site (each region)（各部位）から小脳への情報は橋を経由する：前頭橋路fronto-pontine tract, Arnold前頭橋路（fronto-pontine tract, Arnold）fronto-pontine tract, Arnold（前頭橋路）と側頭後頭橋路temporo-occipito-pontine tract側頭後頭橋路（temporo-occipito-pontine tract）temporo-occipito-pontine tract（側頭後頭橋路）（Türck）。橋からは橋小脳路pontocerebellar tract橋小脳路（pontocerebellar tract）pontocerebellar tract（橋小脳路）（中小脳脚middle cerebellar peduncle中小脳脚（middle cerebellar peduncle）middle cerebellar peduncle（中小脳脚）を形成）が苔状線維mossy fibre苔状線維（mossy fibre）mossy fibre（苔状線維）として小脳で終止する
• プルキンエ細胞は深部小脳核deep cerebellar nuclei深部小脳核（deep cerebellar nuclei）deep cerebellar nuclei（深部小脳核）（特に歯状核dentate nucleus歯状核（dentate nucleus）dentate nucleus（歯状核）, dentate nucleus）で終止する。歯状核dentate nucleus歯状核（dentate nucleus）dentate nucleus（歯状核）は上小脳脚superior cerebellar peduncle上小脳脚（superior cerebellar peduncle）superior cerebellar peduncle（上小脳脚）を通る歯状核視床路dentatothalamic tract歯状核視床路（dentatothalamic tract）dentatothalamic tract（歯状核視床路）でVA/VLへ情報を送り返す
• 歯状核dentate nucleus歯状核（dentate nucleus）dentate nucleus（歯状核）は中脳の赤核red nucleus赤核（red nucleus）red nucleus（赤核）へも情報を送る（小脳赤核路cerebellorubral tract小脳赤核路（cerebellorubral tract）cerebellorubral tract（小脳赤核路）, cerebellorubral tract）。この情報は赤核脊髄路rubrospinal tract赤核脊髄路（rubrospinal tract）rubrospinal tract（赤核脊髄路）（交叉する）として脊髄へ伝えられる——小脳は自らの「決定」を脊髄へ伝える
• 淡蒼球globus pallidus淡蒼球（globus pallidus）globus pallidus（淡蒼球）起始のGABA作動性（抑制性）経路であるレンズ核ワナansa lenticularisレンズ核ワナ（ansa lenticularis）ansa lenticularis（レンズ核ワナ）はVA/VL・赤核red nucleus赤核（red nucleus）red nucleus（赤核）・網様体へ向かう
• 網様体の情報は網様体脊髄路reticulospinal tract網様体脊髄路（reticulospinal tract）reticulospinal tract（網様体脊髄路）として脊髄へ送られ、運動の実行に関与する

大脳基底核に関連する疾患

中脳辺縁系路

行動の正の強化・依存に関わる経路。

• 腹側被蓋野ventral tegmental area, VTA腹側被蓋野（ventral tegmental area, VTA）ventral tegmental area, VTA（腹側被蓋野）（ドパミン産生）に起始する
• 側坐核nucleus accumbens側坐核（nucleus accumbens）nucleus accumbens（側坐核）へ投射し、側坐核nucleus accumbens側坐核（nucleus accumbens）nucleus accumbens（側坐核）が興奮すると快をもたらした行動をさらに繰り返させる
• この経路は薬物により過剰に刺激されることがあり、依存を引き起こす
• 海馬、前頭皮質frontal cortex前頭皮質（frontal cortex）frontal cortex（前頭皮質）、線条体へも投射する

まとめ

• 大脳基底核の主要核は線条体（尾状核caudate nucleus尾状核（caudate nucleus）caudate nucleus（尾状核）＋被殻putamen被殻（putamen）putamen（被殻））、淡蒼球GPe/GPi淡蒼球（GPe/GPi）GPe/GPi（淡蒼球）、側坐核nucleus accumbens側坐核（nucleus accumbens）nucleus accumbens（側坐核）、無名質substantia innominata無名質（substantia innominata）substantia innominata（無名質）（マイネルト基底核basal nucleus of Meynertマイネルト基底核（basal nucleus of Meynert）basal nucleus of Meynert（マイネルト基底核）はアルツハイマー病Alzheimer's diseaseアルツハイマー病（Alzheimer's disease）Alzheimer's disease（アルツハイマー病）に関連）である。
• 直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）は線条体→GPi→VA/VLという2段のGABA性抑制連鎖（脱抑制disinhibition脱抑制（disinhibition）disinhibition（脱抑制））でVA/VLを興奮させ運動を促進し、間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）は視床下核subthalamic nucleus視床下核（subthalamic nucleus）subthalamic nucleus（視床下核）を介した3段の連鎖でVA/VLを抑制し運動を抑制する。両経路は同時に働き運動量momentum運動量（momentum）momentum（運動量）を精密に調整する。
• 黒質線条体路nigrostriatal pathway黒質線条体路（nigrostriatal pathway）nigrostriatal pathway（黒質線条体路）のドパミンはD1受容体D1 receptorD1受容体（D1 receptor）D1 receptor（D1受容体）（直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路））を興奮、D2受容体（間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路））を抑制することで、常に運動を後押しする方向にバイアスbiasバイアス（bias）bias（バイアス）をかける。この経路の変性がパーキンソン病の中心的機序である。
• 錐体外路系extrapyramidal system錐体外路系（extrapyramidal system）extrapyramidal system（錐体外路系）は赤核red nucleus赤核（red nucleus）red nucleus（赤核）・小脳・脊髄・網様体を含み、レンズ核束lenticular fasciculusレンズ核束（lenticular fasciculus）lenticular fasciculus（レンズ核束）・レンズ核ワナansa lenticularisレンズ核ワナ（ansa lenticularis）ansa lenticularis（レンズ核ワナ）・歯状核視床路dentatothalamic tract歯状核視床路（dentatothalamic tract）dentatothalamic tract（歯状核視床路）・小脳赤核路cerebellorubral tract小脳赤核路（cerebellorubral tract）cerebellorubral tract（小脳赤核路）・赤核脊髄路rubrospinal tract赤核脊髄路（rubrospinal tract）rubrospinal tract（赤核脊髄路）・網様体脊髄路reticulospinal tract網様体脊髄路（reticulospinal tract）reticulospinal tract（網様体脊髄路）といった経路で構成される。
• 臨床的にはパーキンソン病（黒質変性）、ハンチントン病Huntington's diseaseハンチントン病（Huntington's disease）Huntington's disease（ハンチントン病）（基底核変性）、ヘミバリスムスhemiballismusヘミバリスムス（hemiballismus）hemiballismus（ヘミバリスムス）（視床下核subthalamic nucleus視床下核（subthalamic nucleus）subthalamic nucleus（視床下核）病変）が代表的な関連疾患である。
• 中脳辺縁系路Mesolimbic pathway中脳辺縁系路（Mesolimbic pathway）Mesolimbic pathway（中脳辺縁系路）（VTA→側坐核nucleus accumbens側坐核（nucleus accumbens）nucleus accumbens（側坐核））は基底核の運動制御とは別に、報酬reward報酬（reward）reward（報酬）・依存に関わる並行した経路である。