Physiology · 8.9

運動機能における小脳と大脳基底核の役割。

The role of the cerebellum and basal ganglia in motor functions.

応用トピック: 小脳機能の診察（Cerebellar function examination）パーキンソン病の診断小脳の機能系と小脳障害の徴候パーキンソン症候群を呈する疾患パーキンソン病の治療運動過多性運動障害小児脳性麻痺

🧠 大脳基底核は「直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）＝アクセル、間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）＝ブレーキ」で視床皮質路thalamocortical pathway視床皮質路（thalamocortical pathway）thalamocortical pathway（視床皮質路）の開閉gating開閉（gating）gating（開閉）を制御し、運動パターンを学習・想起retrieval想起（retrieval）retrieval（想起）する記憶装置として働く。小脳は脊髄に直接作用direct action直接作用（direct action）direct action（直接作用）しない「沈黙の脳領域silent area脳領域（silent area）silent area（脳領域）」でありながら、登上線維climbing fibre登上線維（climbing fibre）climbing fibre（登上線維）・苔状線維mossy fibre苔状線維（mossy fibre）mossy fibre（苔状線維）（入力）とプルキンエ細胞（出力）を介して運動のタイミングと精度を微調整fine tuning微調整（fine tuning）fine tuning（微調整）する。両者とも直接運動を生まず、運動の「背景」と「精度」を整える点で共通する。

大脳基底核

主要構成要素

構造	内容
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）
淡蒼球globus pallidus淡蒼球（globus pallidus）globus pallidus（淡蒼球）	内節internal segment (GPi)内節（internal segment (GPi)）internal segment (GPi)（内節）＋外節external segment (GPe)外節（external segment (GPe)）external segment (GPe)（外節）
視床下核subthalamic nucleus視床下核（subthalamic nucleus）subthalamic nucleus（視床下核）	—
黒質	—

これらは皮質-皮質ループcortico-cortical loop皮質ループ（cortico-cortical loop）cortico-cortical loop（皮質ループ）を形成する——入力は皮質から来て、出力も皮質へ送られる。

大脳基底核の機能

運動皮質motor cortex運動皮質（motor cortex）motor cortex（運動皮質）のように機能する
筋緊張の調節（低下方向）
内側路medial pathway内側路（medial pathway）medial pathway（内側路）・外側路lateral pathway外側路（lateral pathway）lateral pathway（外側路）の投射：内側路medial pathway内側路（medial pathway）medial pathway（内側路）は体幹姿勢の背景を、外側路lateral pathway外側路（lateral pathway）lateral pathway（外側路）は精密運動の背景を提供する
運動パターンの生成を補助する
様々な運動（サッカー、楽器演奏など）の学習を可能にする

⭐ 学習された運動パターンは線条体・小脳に貯蔵され、皮質は既に学習済みの運動パターンを想起retrieval想起（retrieval）retrieval（想起）する信号を送るだけになる——動作が自動的・無意識unconscious無意識（unconscious）unconscious（無意識）的になるまで学習が進む。

直接路と間接路

flowchart TD
  A["大脳皮質"] -->|"興奮"| B["線条体"]
  B -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='direct pathway'>直接路</span>：抑制"| C["<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>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='substantia nigra pars reticulata'>黒質網様部</span>"]
  B -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='indirect pathway'>間接路</span>：抑制"| D["<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>"]
  D -->|"抑制"| E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='subthalamic nucleus'>視床下核</span>"]
  E -->|"興奮"| C
  C -->|"抑制"| F["視床"]
  F -->|"興奮"| A
  G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='substantia nigra pars compacta'>黒質緻密部</span>（ドパミン）"] -->|"D1（Gs）：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='direct pathway'>直接路</span>を促進"| B
  G -->|"D2（Gi）：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='indirect pathway'>間接路</span>を抑制"| B

間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）を使うと視床皮質路thalamocortical pathway視床皮質路（thalamocortical pathway）thalamocortical pathway（視床皮質路）を抑制（閉鎖）できる
直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）を使うと大脳基底核から運動を想起retrieval想起（retrieval）retrieval（想起）・開始でき、視床皮質路thalamocortical pathway視床皮質路（thalamocortical pathway）thalamocortical pathway（視床皮質路）を開放する
どちらの経路を優位に使うかによって、運動を抑制するか活性化（想起retrieval想起（retrieval）retrieval（想起））するかが決まる

大脳基底核は黒質によって駆動される必要がある——黒質のドパミンニューロンはD1（Gs、直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）を促進）とD2（Gi、間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）を抑制）の2種の受容体を介して線条体に作用する。黒質が障害されると大脳基底核の機能が障害される。

大脳基底核の障害・病態

大脳基底核は常に活動しており代謝が非常に高いため大量の血流を要する——そのため最も一般的な障害は低酸素である。

大脳基底核の病態は筋緊張・運動量momentum運動量（momentum）momentum（運動量）の増減により運動低下性hypokinetic運動低下性（hypokinetic）hypokinetic（運動低下性）または運動過多性hyperkinetic運動過多性（hyperkinetic）hyperkinetic（運動過多性）に分類される。

分類	疾患	機序
運動低下性hypokinetic運動低下性（hypokinetic）hypokinetic（運動低下性）	パーキンソン病	黒質の変性→淡蒼球globus pallidus淡蒼球（globus pallidus）globus pallidus（淡蒼球）外節external segment (GPe)外節（external segment (GPe)）external segment (GPe)（外節）への抑制性制御が増強→ドパミン産生低下。L-DOPA（ドパミン前駆体dopamine precursor (levodopa)ドパミン前駆体（dopamine precursor (levodopa)）dopamine precursor (levodopa)（ドパミン前駆体）、血液脳関門を通過しドパミンへ代謝される）で治療可能
運動過多性hyperkinetic運動過多性（hyperkinetic）hyperkinetic（運動過多性）	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）	意図的intentional意図的（intentional）intentional（意図的）に制御できない不随意運動voluntary motor function (voluntary movement)随意運動（voluntary motor function (voluntary movement)）voluntary motor function (voluntary movement)（随意運動）、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）実行の障害

小脳

小脳を直接刺激しても運動は誘発されない——「沈黙の脳領域silent area脳領域（silent area）silent area（脳領域）」である。小脳は脊髄に直接的な影響を持たない。終脳telencephalon終脳（telencephalon）telencephalon（終脳）よりも多くのニューロンを含む。

主な機能

筋緊張の調節
速い運動の姿勢的背景の確保
微細運動fine motor skill微細運動（fine motor skill）fine motor skill（微細運動）の継続的な制御
自動運動の調節（学習において重要）

小脳の機能区分

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='vestibulocerebellum'>前庭小脳</span>"] --> A1["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='vestibular system'>前庭系</span>＋眼球関連<span class='jp-term jp-term-diagram' title='relay nucleus'>中継核</span>からの入力を処理"]
  A1 --> A2["バランス・一部の眼球運動を制御、運動の協調を提供"]
  A2 --> A3["障害時：眼振（バランス障害）"]

  B["脊髄小脳"] --> B1["脊髄からの入力を処理"]
  B1 --> B2["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='voluntary motor function (voluntary movement)'>随意運動</span>の姿勢的背景を提供"]

  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cerebrocerebellum'>大脳小脳</span>"] --> C1["皮質（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='premotor cortex'>運動前野</span>＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='primary motor cortex'>一次運動野</span>）＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='somatosensory cortex'>体性感覚皮質</span>からの入力を処理"]
  C1 --> C2["自動的でプログラム化された（技巧）運動に重要"]
  C2 --> C3["障害時：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dysmetria'>測定障害</span>（dysmetria、対象物との距離を判断できない）"]

区分	入力元	主な機能	障害時の症状
前庭小脳vestibulocerebellum前庭小脳（vestibulocerebellum）vestibulocerebellum（前庭小脳）	前庭系vestibular system前庭系（vestibular system）vestibular system（前庭系）＋眼球関連中継核relay nucleus中継核（relay nucleus）relay nucleus（中継核）	バランス・一部の眼球運動、運動協調	眼振
脊髄小脳	脊髄	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）の姿勢的背景	—
大脳小脳cerebrocerebellum大脳小脳（cerebrocerebellum）cerebrocerebellum（大脳小脳）	皮質（運動前野premotor cortex運動前野（premotor cortex）premotor cortex（運動前野）・一次運動野primary motor cortex一次運動野（primary motor cortex）primary motor cortex（一次運動野））＋体性感覚皮質somatosensory cortex体性感覚皮質（somatosensory cortex）somatosensory cortex（体性感覚皮質）	自動的・プログラム化された技巧運動	測定障害dysmetria測定障害（dysmetria）dysmetria（測定障害）

小脳の神経結合

求心性線維afferent fiber求心性線維（afferent fiber）afferent fiber（求心性線維）＝登上線維climbing fibre登上線維（climbing fibre）climbing fibre（登上線維）＋苔状線維mossy fibre苔状線維（mossy fibre）mossy fibre（苔状線維）
遠心centrifugation遠心（centrifugation）centrifugation（遠心）性＝プルキンエ細胞

⚠️ エタノールは小脳機能に影響を与える——これが飲酒時に運動が乱れる（酩酊時のふらつきlightheadednessふらつき（lightheadedness）lightheadedness（ふらつき）等）理由である。

まとめ

大脳基底核（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）・黒質）は皮質-皮質ループcortico-cortical loop皮質ループ（cortico-cortical loop）cortico-cortical loop（皮質ループ）を形成し、直接路direct pathway直接路（direct pathway）direct pathway（直接路）（D1、視床皮質路thalamocortical pathway視床皮質路（thalamocortical pathway）thalamocortical pathway（視床皮質路）を開放）と間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）（D2、視床皮質路thalamocortical pathway視床皮質路（thalamocortical pathway）thalamocortical pathway（視床皮質路）を閉鎖）のバランスによって運動の想起retrieval想起（retrieval）retrieval（想起）・抑制を制御する。
黒質のドパミン産生障害はパーキンソン病（運動低下性hypokinetic運動低下性（hypokinetic）hypokinetic（運動低下性））を、間接路indirect pathway間接路（indirect pathway）indirect pathway（間接路）の機能障害はハンチントン病Huntington's diseaseハンチントン病（Huntington's disease）Huntington's disease（ハンチントン病）（運動過多性hyperkinetic運動過多性（hyperkinetic）hyperkinetic（運動過多性））を引き起こす——大脳基底核は代謝が高く低酸素に対して脆弱である。
小脳は脊髄への直接投射を持たない「沈黙の領域」でありながら、筋緊張・姿勢的背景・微細運動fine motor skill微細運動（fine motor skill）fine motor skill（微細運動）・運動学習を調節する。
小脳は前庭小脳vestibulocerebellum前庭小脳（vestibulocerebellum）vestibulocerebellum（前庭小脳）（バランス・眼球運動）・脊髄小脳（姿勢的背景）・大脳小脳cerebrocerebellum大脳小脳（cerebrocerebellum）cerebrocerebellum（大脳小脳）（技巧運動のプログラム化）の3区分に分かれ、登上線維climbing fibre登上線維（climbing fibre）climbing fibre（登上線維）・苔状線維mossy fibre苔状線維（mossy fibre）mossy fibre（苔状線維）（求心性）とプルキンエ細胞（遠心centrifugation遠心（centrifugation）centrifugation（遠心）性）を基本結合とする。
大脳基底核・小脳はいずれも運動を直接生成するのではなく、運動パターンの学習・想起retrieval想起（retrieval）retrieval（想起）・微調整fine tuning微調整（fine tuning）fine tuning（微調整）という「背景制御」を担う点で共通する。